3. 格式化输出

本章代码对应 commit ：329c65f867880986732987614d1135a6982cff84

概要

通过上一章，我们已经可以在屏幕上打印简单的字符串了。但是这并不足够，本章我们将实现 rust 中最经典的宏： println! ，以便于后续的调试输出。这需要我们对 rust 的一些特性有一定的了解：

宏的使用。
trait 的特性。

简单打印字符和字符串

在一个文件内实现过多的功能会使得文件过于冗长，不易阅读与维护，所以我们（在 main.rs 的同级目录下）创建一个新的文件用于管理 io 。现在我们来为 io 实现两个最简单的函数：

// in io.rs

use bbl::sbi;

pub fn putchar(ch: char) {
    sbi::console_putchar(ch as u8 as usize);
}

pub fn puts(s: &str) {
    for ch in s.chars() {
        putchar(ch);
    }
}

从函数名可以看出，这两个函数的功能分别是 打印一个字符 和 打印 str 。

在 main.rs 中引入 io 库：

pub mod io;

修改 rust_main 为：

#[no_mangle]
pub extern "C" fn rust_main() -> ! {
    io::puts("666666");
    loop {}
}

编译运行，屏幕成功输出了 666666 ！

支持println!宏执行

很显然，要完成 println! ， print! 是必不可少的。那我们就先来实现 print! ：

// in io.rs

#[macro_export]
macro_rules! print {
    ($($arg:tt)*) => ({
        $crate::io::_print(format_args!($($arg)*));
    });
}

#[macro_export] 宏使得外部的库也可以使用这个宏。 format_args! 宏可以将 print(...) 内的部分转换为 fmt::Arguments 类型，用以后续打印。这里我们用到了一个还未实现的函数： _print 。他的实现方法十分神奇，现在让我们先来做一些准备工作：

// in io.rs

use core::fmt::{self, Write};

struct StdOut;

impl fmt::Write for StdOut {
    fn write_str(&mut self, s: &str) -> fmt::Result {
        puts(s);
        Ok(())
    }
}

我们引入了 fmt::Write 特征（trait） ，创建了一个新的类： StdOut 。这里我们为 StdOut 实现了他的 trait 。接下来，就让我们来实现 _print 吧：

// in io.rs

pub fn _print(args: fmt::Arguments) {
    StdOut.write_fmt(args).unwrap();
}

细心的你可能已经发现， write_fmt 和我们上一步实现的函数并不一样。这不是笔误，反而是前面所提到的 神奇之处 。由于我们实现了 write_str ，核心库会帮我们自动实现 write_fmt 。如果你想进一步了解这部分内容，可以阅读 rust 官方文档中 core::fmt::Write 部分和 rust 官方教程中 Traits 部分。

完成了上述所有步骤后，我们的 io.rs 应该是这个样子的：

use bbl::sbi;
use core::fmt::{self, Write};

pub fn putchar(ch: char) {
    sbi::console_putchar(ch as u8 as usize);
}

pub fn puts(s: &str) {
    for ch in s.chars() {
        putchar(ch);
    }
}

#[macro_export]
macro_rules! print {
    ($($arg:tt)*) => ({
        $crate::io::_print(format_args!($($arg)*));
    });
}

pub fn _print(args: fmt::Arguments) {
    StdOut.write_fmt(args).unwrap();
}

struct StdOut;

impl fmt::Write for StdOut {
    fn write_str(&mut self, s: &str) -> fmt::Result {
        puts(s);
        Ok(())
    }
}

为了在 main.rs 中使用 io.rs 中的宏，我们需要在 pub mod io 的上方添加属性：

#[macro_use]
pub mod io;

然后修改 rust_main ：

#[no_mangle]
pub extern "C" fn rust_main() -> ! {
    let a = "Hello";
    let b = "World";
    print!("{}, {}!", a, b);
    loop {}
}

编译运行！可以看到，我们的 os 如预期一样，输出了 Hello World! 。在高兴之前，先让我们完成最后一步，编写 println! ：

#[macro_export]
macro_rules! println {
    () => ($crate::print!("\n"));
    ($($arg:tt)*) => ($crate::print!("{}\n", format_args!($($arg)*)));
}

现在我们可以让 println! 进行一些更高难度的工作，打印 panic 信息。首先，修改 panic 函数为：

#[panic_handler]
fn panic(info: &PanicInfo) -> ! {
    println!("{}", info);
    loop {}
}

然后将 rust_main 中的无限循环替换为：

panic!("End of rust_main");

完成这些后，我们的 main.rs 应该长这样：

#![no_std] // don't link the Rust standard library
#![no_main] // disable all Rust-level entry points
#![feature(global_asm)]

#[macro_use]
pub mod io;

use core::panic::PanicInfo;

global_asm!(include_str!("boot/entry.asm"));

#[panic_handler]
fn panic(_info: &PanicInfo) -> ! {
    println!("{}", _info);
    loop {}
}

#[no_mangle]
pub extern "C" fn rust_main() -> ! {
    let a = "Hello";
    let b = "World";
    println!("{}, {}!", a, b);
    panic!("End of rust_main");
}

#[no_mangle]
pub extern fn abort() {
    panic!("abort!");
}

再次编译运行，程序输出：

Hello, World!
panicked at 'End of rust_main', src/main.rs:25:5

预告

当 CPU 访问无效的寄存器地址，或进行除零操作，或者进行 系统调用 时，会产生中断。下一章，我们将实现一个简单的中断机制对这些情况进行处理。

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